JP7308581B2

JP7308581B2 - 荷電粒子ビーム装置、複合荷電粒子ビーム装置、及び荷電粒子ビーム装置の制御方法

Info

Publication number: JP7308581B2
Application number: JP2019191370A
Authority: JP
Inventors: 安彦杉山; 幸児永原
Original assignee: Hitachi High Tech Science Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Science Corp
Priority date: 2019-10-18
Filing date: 2019-10-18
Publication date: 2023-07-14
Anticipated expiration: 2039-10-18
Also published as: TW202117781A; US11276555B2; JP2021068529A; KR20210046536A; US20210118645A1; DE102020213108A1; CN112687508A

Description

本発明は、荷電粒子ビーム装置、複合荷電粒子ビーム装置、及び荷電粒子ビーム装置の制御方法に関する。

集束イオンビーム（ＦＩＢ：ＦｏｃｕｓｅｄＩｏｎＢｅａｍ）装置を使用した透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：ＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＥｌｅｃｔｒｏｎＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）の試料作製に代表される試料形状の加工においては、イオンビームの照射による試料へのダメージを最小限に抑えたいという要求がある。そのため、イオンビームの加速エネルギーを数ｋＶ以下に下げて試料を加工している。

具体的には、試料形状の加工に関して、粗加工を３０ｋＶで行い、仕上げ加工を１０ｋＶで行う技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、仕上げ加工に使用するイオンビームのエネルギーを低くすると共に、試料への入射角度を試料形状に合わせて最適化することで効果的にダメージ層を除去する技術が知られている（例えば、特許文献２参照）。また、ダメージ層を減らすために、加速電圧を低くする技術が知られている（例えば、特許文献３参照）。

しかし、集束イオンビームの加速電圧を低くすると色収差によるビームボケ量の増大やクーロン相互作用によるビームプロファイルの広がりが顕著となる。つまり、加速電圧を下げて用いると色収差が増加しイオンビームが十分に絞れなくなる。このため、微細なイオンプローブを得ることができない。この課題を解決するために、加速電圧に応じて加速レンズ動作と減速レンズ動作とを選択的に作用させて、色収差がほとんど変化しないようにする技術が知られている（例えば、特許文献４参照）。

また、光学系の中間部のポテンシャルエネルギーを上げて、対物レンズにより低下させるビームブースター技術が知られている（例えば、特許文献５、非特許文献１参照）。

特許第３３３３７３１号公報特許第５１４２２４０号公報特許第５５３７０５０号公報特開平５－３５５４０号公報特開２００７－１０３１０８号公報特許第３５４４４３８号公報特許第５９６９２２９号公報

ＭｉｃｈａｅｌＲａｕｓｃｈｅｒａｎｄＥｒｉｃｈＰｌｉｅｓ、「ＬｏｗＥｎｅｒｇｙｆｏｃｕｓｅｄｉｏｎｂｅａｍｓｙｓｔｅｍｄｅｓｉｇｎ」、ＪｏｕｒｎａｌｏｆＶａｃｕｕｍＳｃｉｅｎｃｅ＆ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＡ、ＡｍｅｒｉｃａｎＶａｃｕｕｍＳｏｃｉｅｔｙ、２００６、２４（４）、ｐ．１０５５－１０６６

集束イオンビームは、加工、エッチングの際には高い加速電圧（例えば、３０ｋＶ）で、仕上げ加工の際には、この加工によるダメージ層を除去するため、加速電圧を下げて（例えば１ｋＶ～５ｋＶ）、使用される場合がある。
また、加速電圧を下げると同時に、減速モードから加速モードへ、光学系の動作モードが切り替えられる場合がある。加速電圧を下げると同時に、光学系のモードが切り替えられた場合に、対物レンズの主面が変化する。
また、加速電圧を下げると同時に、ブースター電位を印加する場合がある。加速電圧を下げると同時に、ブースター電位を印加した場合に、対物レンズの主面が変化する。
ここで、対物レンズの主面の変化について説明する。

図１は、対物レンズの加速モードと減速モードとの切り替えによる対物レンズの主面の移動を説明するための模式図である。対物レンズＯＬは、入射側電極ＩＥと、中央電極ＣＥと、出射側電極ＯＥとを含んで構成される。加速モードの場合のレンズ主面は仮想対物レンズ１０ａで表され、減速モードの場合のレンズ主面は仮想対物レンズ１０ｂで表される。仮想対物レンズはイオンビームの軌道を説明するために便宜上用いる概念である。実際のレンズは中央電極ＣＥに電圧を印加することにより、入射側電極ＩＥと、中央電極ＣＥと、出射側電極ＯＥの間に発生する電界により形成される静電レンズである。試料Ｓの同一点に焦点を結ばせる場合において、加速モードと減速モードとを切り替えると、対物レンズＯＬ内のイオンビームの軌道が変化する。具体的には、図１に示されるように、減速モードの場合は、加速モードの場合と比較して、対物レンズＯＬの下方での軌道変化が大きい。その結果、仮想対物レンズ１０ｂで表される減速モードのレンズ主面は、仮想対物レンズ１０ａで表される加速モードのレンズ主面の下方に位置する。

図２は、ブースター電圧の印加による対物レンズの主面の移動を説明するための模式図である。対物レンズＯＬは、入射側電極ＩＥと、中央電極ＣＥと、出射側電極ＯＥとを含んで構成される。ブースター電圧が零の場合のレンズ主面は仮想対物レンズ１０ｃで表され、ブースター電圧を印加した場合のレンズ主面は仮想対物レンズ１０ｄで表される。試料Ｓの同一点に焦点を結ばせる場合において、ブースター電圧を印加することにより、対物レンズＯＬ内のイオンビームの軌道が変化する。具体的には、図２に示されるように、ブースター電圧を印加した場合には、印加しない場合と比較して、対物レンズＯＬの下方での軌道変化が大きい。その結果、仮想対物レンズ１０ｄで表されるブースター電圧を印加した場合のレンズ主面は、仮想対物レンズ１０ｃで表されるブースター電圧を印加しない場合のレンズ主面の下方に位置する。

ビーム走査電極として、対物レンズＯＬの前段に設置した２段の走査電極を有する集束イオンビーム装置について説明する。ここでは、レンズ主面の移動を伴う場合について説明する。対物レンズＯＬの前段に２段の走査電極を設置した構成は対物レンズＯＬを試料Ｓに近づけて配置できるため、焦点距離を小さくできる。このため、レンズ収差によるボケを抑えることができるため、一般に用いられている。
図３は、２段の走査電極を用いた場合のビームの走査の例１を示す図である。図３には、仮想対物レンズ１０ｅと、入射側電極ＩＥと、中央電極ＣＥと、出射側電極ＯＥと、第１走査電極４４と、第２走査電極４５とが示されている。図３は、ブースター電圧を印加しない場合について示す。ブースター電圧が零の場合のレンズ主面は仮想対物レンズ１０ｅで表される。図３に示されるように、２段の走査電極を用いることによって、ビームＢが光軸上のレンズ主面を通るように走査する。しかし、対物レンズＯＬの前段に設置した２段の走査電極を用いて、対物レンズＯＬ越しにビームを走査することになるため、走査したビームがレンズ作用を受ける可能性がある。

図４は、２段の走査電極を用いた場合のビームの走査の例２を示す図である。図４には、仮想対物レンズ１０ｆと、入射側電極ＩＥと、中央電極ＣＥと、出射側電極ＯＥと、第１走査電極４４と、第２走査電極４５とが示されている。図４は、ブースター電圧を印加した場合について示す。ブースター電圧を印加した場合のレンズ主面は仮想対物レンズ１０ｆで表される。ブースター電圧を印加した場合には、印加しない場合と比較して、対物レンズＯＬの下方での軌道変化が大きい。その結果、仮想対物レンズ１０ｆで表されるブースター電圧を印加した場合のレンズ主面は、図３において、仮想対物レンズ１０ｅで表されるブースター電圧を印加しない場合のレンズ主面の下方に位置する。
今、図３に示す２段の走査電極と同じ電圧を使用して、ビームＢが光軸上のレンズ主面を通るように走査する場合、ビームは仮想対物レンズ１０ｅの主面のあった位置を通過する。しかし主面は仮想対物レンズ１０ｆに移動しているため、ビームは主面を通過することができず、レンズ作用を受ける。図４に示されるように、走査したビームがレンズ作用を受けることによって、ビームの軌道が屈折する。ビームの軌道が屈折しているため走査による所望のビーム走査幅が得られない。例えば、ビームの振れ幅について、ブースター電圧を印加しない場合のビームの走査幅ｗ１に対して、ブースター電圧を印加した場合のビームの走査幅ｗ２となる。レンズ作用の影響が大きい場合は、歪のある走査像となる。あるいは歪が小さい場合でも走査距離の線形性が失われて、走査像の寸法精度に影響を及ぼす。
つまり、レンズのモードを変更した場合はビーム軌道が変化することにより、レンズの主面が移動するため、ビームが光軸上のレンズ主面を通るように走査が行われなくなる場合がある。その結果、走査の線形性が保てない場合がある。走査の線形性が保てないことによって試料表面の走査像に歪が生じて正確な寸法の試料表面を観察できない、あるいはビーム走査による正確な加工ができない場合がある。
本課題に特許文献６に記載の方法を適用しても解決策にならない。特許文献６には対物レンズへの印加電圧をコンピュータに記憶しておき、複数個の加工を行うことが記載されている。しかし走査電極の位置が対物レンズの下となっており、走査電極は1段であるため、本願と構成が異なる。また複数の走査電極の制御についての記載もない。そのためどのように課題が発生し、どのように複数の走査電圧を設定すれはよいかを類推することはできない。
本課題に特許文献７に記載の方法を適用しても解決策にならない。特許文献７における制御対象は集束レンズの集束電圧であり、特許文献７では集束電圧を設定することよってビーム電流を調整することを目的としている。特許文献７には複数の走査電極の記載がなく、対物レンズ越しにビームを走査する記載がない。そのためどのように課題が発生し、どのように複数の走査電圧を設定すれはよいかを類推することはできない。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、対物レンズＯＬなどの静電レンズと、静電レンズの前段に設置した２段の走査電極とを備える荷電粒子ビーム装置において、対物レンズの加速モードと減速モードとの切り替えまたは対物レンズを構成するブースター電極の印加電圧の変更をした場合、切り替えまたは変更前と同等の歪のない正確な寸法の試料表面の走査像を得ることができる荷電粒子ビーム装置、複合荷電粒子ビーム装置、及び荷電粒子ビーム装置の制御方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決して係る目的を達成するために、本発明は以下の態様を採用した。
（１）本発明の一態様に係る荷電粒子ビーム装置は、荷電粒子を発生する荷電粒子源と、前記荷電粒子源に加速電圧を印加し、荷電粒子を引き出す引出電極に引出電圧を印加することによって放出される荷電粒子に、前記荷電粒子を偏向し歪のない正確な寸法の試料表面の走査像を得るための電場を発生させる複数の走査電極と、複数の前記走査電極と試料台との間に配置され、前記走査電極により偏向された前記荷電粒子ビームを集束する静電レンズと、測定条件を取得し、取得した測定条件に基づいて、複数の前記走査電極に印加する走査電圧の各々を設定する処理部とを備え、前記処理部は、複数の測定条件と、複数の前記測定条件の各々について複数の前記走査電極の各々が印加する走査電圧を特定する情報とを関連付けた走査電圧情報から、前記測定条件に該当する走査電圧を特定する情報を複数取得し、取得した複数の走査電圧を特定する前記情報に基づいて、複数の前記走査電圧の各々を設定し、前記走査電圧情報に含まれる複数の前記走査電極の各々が印加する複数の走査電圧は、複数の前記測定条件ごとに所定の比を有する。

（２）上記（１）に記載の荷電粒子ビーム装置において、複数の前記走査電極は、前記荷電粒子ビームに、第１走査電圧を印加する第１走査電極と、前記第１走査電極と前記試料台の間に配置され、前記荷電粒子ビームに、第２走査電圧を印加する第２走査電極とを含む。
（３）上記（１）又は上記（２）に記載の荷電粒子ビーム装置において、前記測定条件は、加速電圧を特定する情報と、動作モードを特定する情報とが含まれる。
（４）上記（１）又は上記（２）に記載の荷電粒子ビーム装置において、前記荷電粒子源と前記試料台との間に配置され、前記荷電粒子ビームにビームブースター電圧を印加するビームブースター電圧印加部を備え、前記測定条件は、加速電圧を特定する情報と、前記ビームブースター電圧を特定する情報とが含まれる。
（５）上記（４）に記載の荷電粒子ビーム装置において、前記処理部は、測定条件と、前記ビームブースター電圧印加部が印加するビームブースター電圧を特定する情報とを関連付けたビームブースター電圧情報から、取得した前記測定条件に該当するビームブースター電圧を特定する情報を取得し、取得したビームブースター電圧情報を特定する前記情報に基づいて、前記ビームブースター電圧情報を設定する。
（６）上記（４）に記載の荷電粒子ビーム装置にさらに電子ビーム鏡筒を搭載した複合荷電粒子ビーム装置であって、前記処理部は、前記加速電圧と、前記静電レンズが集束させた前記荷電粒子ビームの焦点距離と、電子ビームを照射する電子ビーム照射部が照射する電子ビームの照射点とに基づいて、前記ビームブースター電圧を設定する。
（７）上記（６）に記載の複合荷電粒子ビーム装置において、前記静電レンズが集束した前記荷電粒子ビームの焦点と、前記電子ビームの照射点とは一致する。
（８）上記（６）又は上記（７）に記載の複合荷電粒子ビーム装置において、前記処理部は、測定条件と、前記ビームブースター電圧印加部が印加するビームブースター電圧を特定する情報とを関連付けたビームブースター電圧情報から、取得した前記測定条件に該当するビームブースター電圧を特定する情報を取得し、取得したビームブースター電圧情報を特定する前記情報に基づいて、前記ビームブースター電圧を設定する。

（９）本発明の一態様に係る荷電粒子ビーム装置の制御方法は、荷電粒子源が、前記荷電粒子源に加速電圧を印加し、荷電粒子を引き出す引出電極に引出電圧を印加することによって荷電粒子を放出するステップと、前記荷電粒子を偏向し歪のない正確な寸法の試料表面の走査像を得るための電場を発生させる複数の走査電極に印加する複数の走査電圧の各々を、測定条件を取得し、取得した測定条件と、に基づいて設定するステップと、設定した複数の前記走査電圧の各々に基づいて前記複数の走査電極に走査電圧を印加するステップと、複数の前記走査電極と試料台との間に配置された静電レンズが、前記走査電圧により偏向された前記荷電粒子を集束するステップとを有し、前記設定するステップでは、複数の測定条件と、複数の前記測定条件の各々について複数の前記走査電極の各々が印加する走査電圧を特定する情報とを関連付けた走査電圧情報から、前記測定条件に該当する走査電圧を特定する情報を複数取得し、取得した複数の走査電圧を特定する前記情報に基づいて、複数の前記走査電圧の各々を設定し、前記走査電圧情報に含まれる複数の前記走査電極の各々が印加する複数の走査電圧は、複数の前記測定条件ごとに所定の比を有する。

本発明によれば、対物レンズＯＬなどの静電レンズと、静電レンズの前段に設置した２段の走査電極とを備える荷電粒子ビーム装置において、対物レンズの加速モードと減速モードとの切り替えまたは、対物レンズを構成するブースター電極の印加電圧の変更をした場合、切り替えまたは変更前と同等の歪のない正確な寸法の試料表面の走査像を得ることができる。

対物レンズの加速モードと減速モードとの切り替えによる対物レンズの主面の移動を説明するための模式図である。ブースター電圧の印加による対物レンズの主面の移動を説明するための模式図である。２段の走査電極を用いた場合のビームの走査の例１を示す図である。２段の走査電極を用いた場合のビームの走査の例２を示す図である。第１の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置の構成の一例を示す図である。本実施形態に係る荷電粒子ビーム装置における制御部の構成の一例を示す図である。走査電圧情報の一例を示す図である。本実施形態に係る荷電粒子ビーム装置における第１電極と第２電極と入射側電極と中間電極と出射側電極との一例を示す図である。図８に示す構成においてのイオンビームの軌道の一例を示す。本実施形態に係る荷電粒子ビーム装置の動作の一例を示すフローチャートである。本実施形態の変形例１に係る荷電粒子ビーム装置における制御部の構成の一例を示す図である。走査電圧情報の一例を示す図である。第１の実施形態の変形例１に係る荷電粒子ビーム装置における加速電圧値Ｅａｃｃとビームブースター電圧値Ｅｂの範囲との関係の一例を示す図である。イオンビームの軌道の一例を示す図である。イオンビームの軌道の一例を示す図である。第１実施形態の変形例１に係る荷電粒子ビーム装置の動作の一例を示すフローチャートである。本実施形態の変形例２に係る荷電粒子ビーム装置における制御部の構成の一例を示す図である。第１実施形態の変形例２に係る荷電粒子ビーム装置の動作の一例を示すフローチャートである。第２の実施形態に係る複合荷電粒子ビーム装置における制御部の構成の一例を示す図である。

次に、本実施形態の荷電粒子ビーム装置、複合荷電粒子ビーム装置、及び荷電粒子ビーム装置の制御方法を、図面を参照しつつ説明する。以下で説明する実施形態は一例に過ぎず、本発明が適用される実施形態は、以下の実施形態に限られない。
なお、実施形態を説明するための全図において、同一の機能を有するものは同一符号を用い、繰り返しの説明は省略する。
また、本願でいう「ＸＸに基づいて」とは、「少なくともＸＸに基づく」ことを意味し、ＸＸに加えて別の要素に基づく場合も含む。また、「ＸＸに基づいて」とは、ＸＸを直接に用いる場合に限定されず、ＸＸに対して演算や加工が行われたものに基づく場合も含む。「ＸＸ」は、任意の要素（例えば、任意の情報）である。

（第１の実施形態）
図５は、第１の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置の構成の一例を示す図である。
荷電粒子ビーム装置Ｄ１は、荷電粒子ビーム装置本体Ｄａと、ビームブースター制御部６と、ビームブースター電源部７と、レンズ電源部８と、制御部９と、タンク制御モジュール１２と、ホストＰＢ部１３と、真空制御部１４と、ステージ制御部１５と、スキャンボード１６と、パーソナルコンピュータ（ＰＣ：ＰｅｒｓｏｎａｌＣｏｍｐｕｔｅｒ）１７とを備える。

集束イオンビーム装置本体Ｄａは、イオン源制御部１と、イオンエミッタＥと、引出電極２と、コンデンサレンズ中央電極３と、ブースター管４ａと、対物レンズ中央電極５とを備える。集束イオンビーム装置本体Ｄａは、イオンビームＢを、加速電圧Ｖａｃｃに加速した後、コンデンサレンズ中央電極３と引出電極２とブースター管４ａの間に発生する電界から構成されるコンデンサレンズ、及び対物レンズ中央電極５とブースター管と接地電極の間に発生する電界から構成される対物レンズによって集束させて、試料台上の試料ＳＰ１に照射する。試料ＳＰ１は、接地された状態で配置される。

イオン源制御部１は、荷電粒子ビームの放出を制御する。荷電粒子ビームの一例は、イオンビームＢである。以下、荷電粒子ビームとして、イオンビームＢを適用した場合について説明を続ける。イオン源制御部１は、引き出し電源１１と、加速電源１０とを備える。
イオンエミッタＥは、荷電粒子を発生する荷電粒子源である。イオンエミッタＥは、鋭利な先端をもつ金属を有し、この金属の先端を、例えば液体金属ガリウムで濡らした液体金属イオン源とする。また、イオンエミッタＥは、液体金属の代わりにヘリウム、ネオン、酸素、窒素、水素等のガスを供給してガス電界電離型イオン源としてもよい。また、イオンエミッタＥは、荷電粒子供給部として誘導結合プラズマイオン源や電子サイクロトロン共鳴プラズマイオン源あるいはぺニングイオンゲージ（ＰＩＧ）プラズマイオン源を利用することもできる。
引き出し電源１１は、イオンエミッタＥの先端と、引出電極２との間に引き出し電圧Ｖｅｘｔを印加することによって、イオンエミッタＥの先端から荷電粒子としてガリウムイオンを引き出す。

加速電源１０は、イオンエミッタＥが発生する荷電粒子に加速電圧Ｖａｃｃを印加することによって、イオンビームＢを形成し、形成したイオンビームＢを加速させる。加速電圧Ｖａｃｃの一例は、最大３０ｋＶである。しかし、イオンビーム照射による試料へのダメージを最小限に抑えるために、集束イオンビームの加工ステップ毎に加速電圧を設定して使用してもよい。例えば、粗加工では加速電圧を３０ｋＶに設定し、仕上げ加工では加速電圧を１ｋＶ、０．５ｋＶと、粗加工よりも低い値に設定してもよい。

コンデンサレンズ中央電極３を含むコンデンサレンズは、加速電源１０が加速電圧Ｖａｃｃを印加することによって加速させたイオンビームＢを集束させる。ここでコンデンサレンズは、レンズ電源部８のコンデンサレンズ電源８０が、コンデンサレンズ中央電極３にコンデンサレンズ電圧Ｖｃｌを印加することによって形成される電場によって、通過するイオンビームＢを集束させる。

ブースター管４ａは、コンデンサレンズが集束させたイオンビームＢにビームブースター電圧Ｖｂを印加する。ブースター管４ａは、コンデンサレンズ中央電極３と、対物レンズ中央電極５との間に備えられる。ブースター管４ａは、コンデンサレンズを通過したイオンビームＢのポテンシャルエネルギーを上げることによって、色収差によるビームのボケ量の増大や、クーロン相互作用によるビームプロファイルの広がりを抑制する。ブースター管４ａは、ビームブースター４ｂを備えている。ここで、ビームブースター４ｂは、ビームブースター電圧印加部の一例である。ビームブースター４ｂは、アライメント電極４１と、非点補正電極４２と、ブランキング電極４３と、第１走査電極４４と、第２走査電極４５とを備える。

アライメント電極４１は、コンデンサレンズ中央電極３と非点補正電極４２との間に配置される。アライメント電極４１は、ビームブースター制御部６のアライメント電源６１と接続される。アライメント電極４１は、イオンビームＢに電圧を印加することによって、通過するイオンビームＢの光軸のずれを修正する。
非点補正電極４２は、アライメント電極４１とブランキング電極４３との間に配置される。非点補正電極４２は、ビームブースター制御部６の非点補正電源６２と接続される。非点補正電極４２は、イオンビームＢに電圧を印加することによって、通過するイオンビームＢの断面形状の歪みを補正することによって、真円にする。
ブランキング電極４３は、非点補正電極４２と第１走査電極４４との間に配置される。ブランキング電極４３は、ビームブースター制御部６のブランキング電源６３と接続される。ブランキング電極４３は、イオンビームＢに電圧を印加することによって、通過するイオンビームＢが試料ＳＰ１に照射されないように偏向させる。
第１走査電極４４は、ブランキング電極４３と第２走査電極４５との間に配置される。ブランキング電極４３は、ビームブースター制御部６のデフレクション電源６４と接続される。第１走査電極４４は、イオンビームＢに電圧を印加することによって、通過するイオンビームＢを試料ＳＰ１上に走査する。
第２走査電極４５は、第１走査電極４４と対物レンズ中央電極５との間に配置される。第２走査電極４５は、ビームブースター制御部６のデフレクション電源６４と接続される。第２走査電極４５は、イオンビームＢに電圧を印加することによって、通過するイオンビームＢを試料ＳＰ１上に走査する。

対物レンズ中央電極５は、第２走査電極４５と試料台との間に配置される。対物レンズは、ビームブースター４ｂがビームブースター電圧Ｖｂを印加したイオンビームＢを集束させて試料ＳＰ１に照射させる。ここで、対物レンズは、レンズ電源部８に含まれる対物レンズ電源８１が、対物レンズ中央電極５に、対物レンズ電圧Ｖｏｌを印加することによって形成される電場によって、通過するイオンビームＢを集束させる。また、対物レンズは、ビームブースターの電位差分イオンビームＢを減速させる。

ビームブースター制御部６は、ビームブースター４ｂを制御する。ビームブースター制御部６は、ＭＣＵ６０と、アライメント電源６１と、非点補正電源６２と、ブランキング電源６３と、デフレクション電源６４と、高圧フローティング部６６とを備える。
メモリコントロールユニット（ＭＣＵ：ＭｅｍｏｒｙＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）６０は、ビームブースター電源部７によって設定されるビームブースター電圧Ｖｂに基づいて、アライメント電源６１と、非点補正電源６２と、ブランキング電源６３とを制御する。ＭＣＵ６０は、制御部９によって設定される第１走査電極４４に印加する電圧である第１電圧ＶｄｅｆＵの値である第１電圧値ＥｄｅｆＵと、第２走査電極４５に印加する電圧である第２電圧ＶｄｅｆＬの値である第２電圧値ＥｄｅｆＬとに基づいて、デフレクション電源６４を制御する。

アライメント電源６１は、アライメント電極４１に電圧を印加する。非点補正電源６２は、非点補正電極４２に電圧を印加する。ブランキング電源６３は、ブランキング電極４３に電圧を印加する。デフレクション電源６４は、第１走査電極４４、及び第２走査電極４５に電圧を印加する。

高圧フローティング部６６は、スキャンボード１６によって制御されて走査信号をデフレクション電源６４に供給する。当該走査信号は、イオンビームＢの試料ＳＰ１に照射される位置を調整するための信号である。高圧フローティング部６６は、スキャンボード１６とともに走査系ＳＳを構成する。

ビームブースター電源部７は、制御部９の制御に基づいて、ビームブースター電圧Ｖｂを設定する。
レンズ電源部８は、コンデンサレンズ電源８０と、対物レンズ電源８１とを備える。コンデンサレンズ電源８０は、コンデンサレンズ中央電極３に電圧を印加する。対物レンズ電源８１は、対物レンズ中央電極５に電圧を印加する。

制御部９は、ＰＣ１７から供給される加速電圧Ｖａｃｃの加速電圧値Ｅａｃｃに基づいて、ビームブースター電源部７を制御する。ここで、加速電圧値Ｅａｃｃは、ＰＣ１７からホストＰＢ１３を介して制御部９に供給される。制御部９の詳細については後述する。

ＰＣ１７は、荷電粒子ビーム装置Ｄ１の使用者からの各種の操作を受け付ける。ＰＣ１７は、タンク制御モジュール１２を介してイオン源制御部１に操作信号を供給する。ＰＣ１７は、ホストＰＢ１３を介してビームブースター制御部６及び制御部９に操作信号を供給する。ここで、操作信号には、例えば、加速電圧Ｖａｃｃの値である加速電圧値Ｅａｃｃを示す情報が含まれる。また、ＰＣ１７は、荷電粒子ビーム装置Ｄ１の真空状態を制御する真空制御部１４、及び試料ＳＰ１が載置されるステージを制御するステージ制御部１５を制御する。
本実施形態では、一例として、ビームブースター電源部７が設定するビームブースター電圧Ｖｂが零である場合について説明を続ける。
ビームブースター４ｂに含まれるアライメント電極４１と、非点補正電極４２と、ブランキング電極４３と、が省略されてもよい。また、ビームブースター制御部６に含まれるアライメント電源６１と、非点補正電源６２と、ブランキング電源６３とが省略されてもよい。ビームブースター電源部７が省略されてもよい。

次に、制御部９の構成の詳細について説明する。
図６は、本実施形態に係る荷電粒子ビーム装置における制御部の構成の一例を示す図である。制御部９は、処理部９０と、記憶部９１とを備える。記憶部９１は、走査電圧情報９２を記憶する。
処理部９０は、ＰＣ１７から供給される加速電圧値Ｅａｃｃと、動作モードを示す情報と、記憶部９１から読み出した走査電圧情報９２とに基づいて、第１電圧ＶｄｅｆＵの値である第１電圧値ＥｄｅｆＵと、第２電圧ＶｄｅｆＬの値である第２電圧値ＥｄｅｆＬとを導出する。処理部９０は、導出した第１電圧値ＥｄｅｆＵと、第２電圧値ＥｄｅｆＬとを、ＭＣＵ６０へ出力する。

走査電圧情報９２は、加速電圧Ｖａｃｃの値である加速電圧値Ｅａｃｃ毎に、動作モードと、第１電圧ＶｄｅｆＵの値である第１電圧値ＥｄｅｆＵ、及び第２電圧ＶｄｅｆＬの値である第２電圧値ＥｄｅｆＬを特定する情報とを関連付けて記憶する。
図７は、走査電圧情報の一例を示す図である。図７に示される例では、走査電圧情報９２は、加速電圧値Ｅａｃｃが５ｋＶと、１０ｋＶと、３０ｋＶとの各々について、動作モードと、第１電圧値ＥｄｅｆＵと第２電圧値ＥｄｅｆＬとの比と、第１電圧値ＥｄｅｆＵとが関連付けられている。ここで、動作モードは、加速モードと、減速モードとが含まれる。
加速モードは、対物レンズの中で、イオンビームＢをレンズ入射前より加速して集束させる動作モードである。減速モードは、対物レンズの中で、イオンビームＢをレンズ入射前より減速して集束させる動作モードである。いずれも出射時は入射と同じ速度となる。図７に示されるように、走査電圧情報９２では、加速電圧値「３０ｋＶ」と、動作モード「加速モード」と、第１電圧値と第２電圧値との比「１：０．９５３」と、第１電圧値「２１０Ｖ」とが関連付けられ、加速電圧値「３０ｋＶ」と、動作モード「減速モード」と、第１電圧値と第２電圧値との比「１：０．９４２」と、第１電圧値「２２８Ｖ」とが関連付けられている。ここでは、一例として、加速電圧値Ｅａｃｃが、５ｋＶと、１０ｋＶと、３０ｋＶとについて示したが、この例に限られず、加速電圧値Ｅａｃｃが、５ｋＶ、１０ｋＶ、及び３０ｋＶ以外であってもよい。また第１電圧値は試料上で特定の走査幅を与える値であり、例えば０．５ｍｍ走査する場合の値である。

ここで、イオンビームＢを、光軸上の対物レンズの主面を通過させる処理について説明する。
図８は、本実施形態に係る荷電粒子ビーム装置における第１走査電極と第２走査電極と対物レンズを構成する入射側電極と中間電極と出射側電極との一例を示す図である。図８には、ブースター管４ａと、第１走査電極４４と、第２走査電極４５と、入射側電極５ｃと、中間電極５ｂと、出射側電極５ａとが示されている。図８においては、ブースター管４ａの短辺方向をＸ軸とし、ブースター管４ａの長手方向をＺ軸とする。また、Ｚ軸において、イオンビームＢが入射する方向から、出射する方向を正とする。

次に、イオンビームＢの軌道について説明する。
図９に、図８に示す構成においてのイオンビームの軌道の一例を示す。図９において、Ｘ軸とＺ軸は、図８に示した通りである。図９には、動作モードが加速モード（加速レンズ系）で、加速電圧が５ｋＶで、ビームブースター４ｂが無い場合（ビームブースター電圧値が０[Ｖ]）について示される。図９には、Ｚ軸の値が－１２０ｍｍ～－１１０ｍｍの領域には第１走査電極による偏向電場、Ｚ軸の値が－９０ｍｍ～－７０ｍｍの領域には第２走査電極による偏向電場、Ｚ軸の値が－４０ｍｍ～－５ｍｍの領域には対物レンズによる集束電場が形成されているが図示せず、第１走査電極入射から、試料表面に到達するまでのイオンビームＢの軌道と、イオンビームＢの軌道に回帰直線を当てはめた結果とを示す。
図９の左図によれば、イオンビームＢの軌道と、イオンビームＢに回帰直線を当てはめた結果とは、像面で交わることが分かる。
図９の右図は、図９の左図において、イオンビームＢの軌道と、イオンビームＢの軌道に回帰直線を当てはめた結果とが、Ｚ＝０［ｍｍ］となる部分の拡大図を示す。図９の右図によれば、試料表面Ｚ＝０［ｍｍ］で、Ｘ＝０．５ｍｍとなる。イオンビームＢはＺ軸座標－４０ｍｍ～－５ｍｍの領域にある対物レンズの集束電界を通過しつつも、その軌道は直線であると見なせる。従って、イオンビームＢは対物レンズの作用をほとんど受けないで試料表面に到達する。
レンズの光軸上の主面を通るビームは直進することから、図９に示すイオンビームＢの軌道は対物レンズの主面を通過すると考えてよい。このときの、第１電圧値ＥｄｅｆＨと第２電圧値ＥｄｅｆＬとの比（ＤＥＦの上下段比）（第１電圧値ＥｄｅｆＨ：第２電圧値ＥｄｅｆＬ）は、１：０．９５３である。
第１電圧値ＥｄｅｆＨ＝３５［Ｖ］、第２電圧値ＥｄｅｆＬ＝－３３．３６［Ｖ］とするとイオンビームＢの軌道のＸ軸方向の振り幅が０．５［ｍｍ］となる。ここで注意すべきは第１電圧値と第２電圧値の極性を反転させることが必要であることである。

また、図示しないが紙面垂直方向のＹ軸方向についてもＸ軸と同様の第１走査電極と第２走査電極を用いてそれぞれに第１電圧値と第２電圧値を印加することによりに走査できる。ラスタ走査することでＸＹ面の走査が可能である。第１電圧値と第２電圧値の極性を反転すると各軸の反対方向への走査となる。
第１電圧値ＥｄｅｆＨ＝３５［Ｖ］、第２電圧値ＥｄｅｆＬ＝－３３．３６［Ｖ］で試料上＋０．５ｍｍを走査する。
第１電圧値ＥｄｅｆＨ＝－３５［Ｖ］、第２電圧値ＥｄｅｆＬ＝３３．３６［Ｖ］で試料上－０．５ｍｍを走査する。
上記例では±０．５ｍｍの領域つまり１ｍｍ□の走査となる。

動作モードが減速モードで、加速電圧値Ｅａｃｃが５ｋＶで、ビームブースター４ｂが無い場合（ビームブースター電圧値が０[Ｖ]）についても、イオンビームの軌道を導出した。第１電圧値ＥｄｅｆＨと第２電圧値ＥｄｅｆＬとの比（ＤＥＦの上下段比）（第１電圧値ＥｄｅｆＨ：第２電圧値ＥｄｅｆＬ）は、１：０．９４２とした場合に試料表面上で回帰直線と一致することが分かった。イオンビームＢの軌道のＸ軸方向の振り幅を０．５［ｍｍ］（走査像の視野：１［ｍｍ］□）とするためには、第１電圧値ＥｄｅｆＨ＝３８［Ｖ］とする。
以上から、図７に示される走査電圧情報９２が導出される。

次に、荷電粒子ビーム装置の動作について、加速電圧と動作モードに基づいて、第１電圧値ＥｄｅｆＵと、第２電圧値ＥｄｅｆＬとを設定する処理について説明する。
図１０は、本実施形態に係る荷電粒子ビーム装置の動作の一例を示すフローチャートである。
（ステップＳ１）
荷電粒子ビーム装置Ｄ１において、処理部９０は、ＰＣ１７から加速電圧値Ｅａｃｃと、動作モードを示す情報とを取得する。
（ステップＳ２）
荷電粒子ビーム装置Ｄ１において、処理部９０は、記憶部９１から、走査電圧情報９２を読み出す。処理部９０は、読み出した走査電圧情報９２から、取得した加速電圧値Ｅａｃｃと、動作モードを示す情報との組み合わせに関連付けられている第１電圧値と第２電圧値との比と、第１電圧値とを取得する。
（ステップＳ３）
荷電粒子ビーム装置Ｄ１において、処理部９０は、取得した第１電圧値と第２電圧値との比と、第１電圧値とに基づいて、第２電圧値を導出する。
（ステップＳ４）
荷電粒子ビール装置Ｄ１において、処理部９０は、第１電圧値と、導出した第２電圧値とを、ＭＣＵ６０に設定する。ここで注意すべきは第１電圧値と第２電圧値の極性を反転させることが必要であることである。
また、第１電圧値は試料上で特定の走査幅を与える値であり、例えば０．５ｍｍ走査する場合の値である。また第１電圧値および第２電圧値の極性を反転させると反対方向へ走査する。
（ステップＳ４）の実施以降は任意の走査幅に変更が可能である。例えば０．１ｍｍを走査する場合は、第１電圧値と第２電圧値を１／５に減少すれば良い。１電圧値と第２電圧値との比に基づいて、第１電圧値と第２電圧値を変更するため、歪の無い正確な走査像を得ることができる。

前述した実施形態では、走査電圧情報９２に、加速電圧値と、動作モードを示す情報と、第１電圧値と第２電圧値との比を示す情報と、第１電圧値とが関連付けて記憶される場合について説明したが、この例に限られない。例えば、走査電圧情報９２に、加速電圧値と、動作モードを示す情報と、第１電圧値と第２電圧値との比を示す情報と、第２電圧値とが関連付けて記憶されてもよいし、走査電圧情報９２に、加速電圧値と、動作モードを示す情報と、第１電圧値と、第２電圧値とが関連付けて記憶されてもよい。
前述した実施形態では、制御部９が記憶部９１を備える場合について説明したが、この例に限られない。例えば、記憶部９１が、荷電粒子ビーム装置Ｄ１の外部に備えられてもよい。記憶部９１が荷電粒子ビーム装置Ｄ１の外部に備えられる場合、例えば、記憶部９１は、外部記憶装置や、クラウドサーバーとして備えられてもよい。
また、記憶部９１が、走査電圧情報９２を記憶する代わりに、記憶部９１に加速電圧値Ｅａｃｃと動作モードを示す情報に基づいて、第１走査電圧ＶｄｅｆＵと、第２走査電圧ＶｄｅｆＬとを導出する演算式を記憶してもよい。この場合、制御部９は、これらの演算式に基づいて、第１走査電圧ＶｄｅｆＵと、第２走査電圧ＶｄｅｆＬとを導出して設定してもよい。
前述した実施形態において、走査電圧情報９２に含まれる情報のうち、一部の情報が省略されてもよい。例えば、加速電圧が５［ｋＶ］で、且つ動作モードが減速モードは、ほとんど使用されることが無いため、省略してもよい。逆に、走査電圧情報９２に、情報を追加してもよい。

本実施形態に係る荷電粒子ビーム装置Ｄ１によれば、荷電粒子を発生する荷電粒子源（実施形態では、イオンエミッタＥ）と、荷電粒子源に加速電圧を印加し、荷電粒子を引き出す引出電極に引出電圧を印加することによって放出される荷電粒子に、荷電粒子を偏向するための電場を発生させる複数の走査電極と、複数の走査電極と試料台との間に配置され、走査電圧により走査された荷電粒子ビームを集束する静電レンズ（実施形態では、対物レンズ）と、測定条件（ここでは、加速電圧値Ｅａｃｃと動作モード）を取得し、取得した測定条件と、に基づいて、複数の走査電圧の各々を設定する処理部とを備える。
このように構成することによって、対物レンズＯＬなどの静電レンズと、静電レンズの前段に設置した２段の走査電極とを備える荷電粒子ビーム装置において、対物レンズの加速モードと減速モードとの切り替えが行われた場合に、切り替え前と同等の歪のない正確な寸法の試料表面の走査像を得ることができる。また、測定条件が変更され、静電レンズの主面の位置が変更された場合であっても、変更された測定条件（ここでは、動作モード）に基づいて、複数の走査電圧の各々を設定できるため、イオンビームＢの軌道を変更できる。このため、走査したビームが受けるレンズ作用を低減できる。

（第１実施形態の変形例１）
第１実施形態の変形例１に係る荷電粒子ビーム装置の構成は、図５を適用できる。第１実施形態の変形例１に係る荷電粒子ビーム装置は、第１実施形態に係る荷電粒子ビーム装置Ｄ１と比較して、イオンビームＢに、ビームブースター電圧Ｖｂが印加される点で異なる。つまり、図５を参照して説明した荷電粒子ビーム装置の構成において、ビームブースター４ｂに含まれるアライメント電極４１と、非点補正電極４２と、ブランキング電極４３とは省略されない。また、ビームブースター制御部６に含まれるアライメント電源６１と、非点補正電源６２と、ブランキング電源６３とは省略されない。ビームブースター電源部７は省略されない。ただし、第１実施形態の変形例１に係る荷電粒子ビーム装置は、動作モードの変更は行われない。第１実施形態の変形例１に係る荷電粒子ビーム装置は、制御部９の代わりに、制御部９ａを備える。

制御部９ａの構成の詳細について説明する。
図１１は、本実施形態の変形例１に係る荷電粒子ビーム装置における制御部の構成の一例を示す図である。制御部９ａは、処理部９０ａと、記憶部９１ａとを備える。記憶部９１ａには、走査電圧情報９２ａと、ビームブースター電圧情報９３ａとが記憶される。
処理部９０ａは、ＰＣ１７から供給される加速電圧値Ｅａｃｃと、記憶部９１ａから読み出すビームブースター電圧情報９３ａとに基づいて、ビームブースター電圧Ｖｂの値であるビームブースター電圧値Ｅｂを導出する。処理部９０は、算出したビームブースター電圧値Ｅｂをビームブースター電源部７に供給する。
処理部９０ａは、ＰＣ１７から供給される加速電圧値Ｅａｃｃと、導出したビームブースター電圧値Ｅｂとに基づいて、第１電圧ＶｄｅｆＵの値である第１電圧値ＥｄｅｆＵと、第２電圧ＶｄｅｆＬの値である第２電圧値ＥｄｅｆＬとを導出する。処理部９０は、導出した第１電圧値ＥｄｅｆＵと、第２電圧値ＥｄｅｆＬとを、ＭＣＵ６０へ出力する。

走査電圧情報９２ａは、加速電圧値Ｅａｃｃと、ビームブースター電圧値Ｅｂと、第１電圧値ＥｄｅｆＵと第２電圧値ＥｄｅｆＬとの比を示す情報と、第１電圧値ＥｄｅｆＵとを関連付けたテーブル形式の情報である。
図１２は、走査電圧情報の一例を示す図である。図１２に示される例では、走査電圧情報９２ａは、加速電圧値Ｅａｃｃ［ｋＶ］と、ビームブースター電圧値Ｅｂ［ｋＶ］と、第１電圧値ＥｄｅｆＵと第２電圧値ＥｄｅｆＬとの比を示す情報と、第１電圧値ＥｄｅｆＵ［Ｖ］とに加え、動作モードを示す情報と、主面の位置を示す情報とが関連付けられている。ここで、主面の位置は、主面のＺ軸における位置である。図１２に示されるように、走査電圧情報９２ａでは、加速電圧値「３０ｋＶ」と、動作モード「減速モード」と、ビームブースター電圧値「０Ｖ」と、主面の位置「－２４．６ｍｍ」と、第１電圧と第２電圧との比「１：０．９４２」と、第１電圧「２２８Ｖ」とが関連付けられている。また、走査電圧情報９２ａでは、加速電圧値「１ｋＶ」と、動作モード「加速モード」と、ビームブースター電圧値「－５Ｖ」と、主面の位置「－２９．０ｍｍ」と、第１電圧と第２電圧との比「１：０．９８６」と、第１電圧「３５．５Ｖ」とが関連付けられている。また、走査電圧情報９２ａでは、加速電圧値「５ｋＶ」と、動作モード「加速モード」と、ビームブースター電圧値「－５Ｖ」と、主面の位置「－２３．７ｍｍ」と、第１電圧と第２電圧との比「１：０．９３７」と、第１電圧「８０Ｖ」とが関連付けられている。図１２において、走査電圧情報９２ａに含まれる情報のうち、主面の位置は、省略されてもよい。

ビームブースター電圧情報９３ａは、加速電圧値Ｅａｃｃ毎に設定されている。仮に、集束イオンビームと電子ビームとで複合荷電粒子ビーム装置を構成した場合においては、両ビーム（集束イオンビームと電子ビーム）の交差点（コインシデンスポイント）でビームをフォーカスさせるために、加速電圧毎にブースター電圧値が制限される。一例を図１３に示す。図１３には、加速電圧値［ｋＶ］とブースター電圧値［ｋＶ］との関係が示される。加速電圧が低くなるにつれてブースター電圧値も小さくなる。但し、シングルビーム装置の場合はこの制限は無くなる。
処理部９０ａは、加速電圧Ｖａｃｃの加速電圧値Ｅａｃｃが切り替えられた場合には、ビームブースター電圧情報９３ａが示すビームブースター電圧設定値ＴＥｂ以下の電圧値に、ビームブースター電圧値Ｅｂを変更する。ビームブースター電圧情報９３ａには、ビームブースター電圧Ｖｂの上限が記憶されている。処理部９０ａは、ビームブースター電圧値Ｅｂを設定した後に、ビームブースター電圧情報９３ａに、加速電圧値Ｅａｃｃと設定したビームブースター電圧値Ｅｂとを関連付けて記憶してもよい。処理部９０ａは、次回ビームブースター電圧Ｖｂを設定する際に、加速電圧値Ｅａｃｃに関連付けて記憶したビームブースター電圧値Ｅｂに基づいて、ビームブースター電圧値Ｅｂを導出してもよい。

次に、イオンビームＢの軌道について説明する。
図１４は、イオンビームの軌道の一例を示す図である。図１４において、Ｘ軸とＺ軸は、図８に示した通りである。図１４には、加速電圧値Ｅａｃｃが５ｋＶで、ビームブースター電圧値Ｅｂが５ｋＶについて示される。ビームブースター電圧値Ｅｂが５ｋＶであるため、ブースター管内におけるイオンビームの加速エネルギーは１０ｋｅＶである。走査電圧は、ビームブースター電圧が０［Ｖ］であるときの２倍に設定した。ここでは、一例として、第１走査電圧値ＥｄｅｆＵ＝７０［Ｖ］、第２走査電圧値ＥｄｅｆＬ＝６６．７１とした。この場合、第１走査電圧値ＥｄｅｆＵ：第２走査電圧値ＥｄｅｆＬ＝１：０．９５３となる。この比はビームブースター電圧が０［Ｖ］の場合にイオンビームＢが対物レンズの主面を通過すると見なすことができる軌道を与える。
図１４には、図９と同様に、第１走査電極入射から、試料表面に到達までのイオンビームＢの軌道と、イオンビームＢの軌道に回帰直線を当てはめた結果とを示す。
図１４の左図によれば、イオンビームＢの軌道と、イオンビームＢの軌道に回帰直線を当てはめた結果とが、像面で一致しない。これはイオンビームＢが対物レンズの電界中でレンズ作用を受けたため直線軌道から外れたと考えられる。レンズの光軸上の主面を通過するビームは直進するが、この例では直線軌道から外れているためオンビームＢが対物レンズの主面を通過していないと考えられる。
これは、ビームブースター電圧Ｖｂを変化させた場合には、主面の位置がずれることを示している。
図１４の右図は、図１４の左図において、イオンビームＢの軌道と、イオンビームＢの軌道に回帰直線を当てはめた結果とが、Ｚ＝０［ｍｍ］となる部分の拡大図を示す。図１６の右図によれば、イオンビームＢの軌道は、試料表面Ｚ＝０［ｍｍ］で、Ｘ＝０．４５ｍｍとなっている。つまり、イオンビームＢの軌道のＸ軸方向の振り幅が０．５［ｍｍ］より小さい。これは、レンズ作用による振り戻しが原因であると想定される。つまり、この場合、レンズ作用によって、走査幅が１０％不足となり、走査像の寸法を計測しても、その値は不正確であることを示している。
本実施形態の変形例１では、ブースター電圧Ｖｂを変化させたことによって生じる主面の位置のずれによるレンズ作用の影響を低減するために、走査電圧値Ｅｄｅｆを調整する。

図１５は、イオンビームの軌道の一例を示す図である。図１５において、Ｘ軸とＺ軸とは、図８に示した通りである。図１５には、動作モードが加速モードで、加速電圧値Ｅａｃｃが５ｋＶで、ビームブースター電圧値Ｅｂが５［ｋＶ]である場合について示される。
ここでは、一例として、第１走査電圧値ＥｄｅｆＵ＝８０［Ｖ］、第２走査電圧値ＥｄｅｆＬ＝７４．９４とする。この場合、第１走査電圧値ＥｄｅｆＵ：第２走査電圧値ＥｄｅｆＬ＝１：０．９３７となる。
図１５には、図９と同様に、第１走査電極入射から、試料表面に到達までのイオンビームＢの軌道と、イオンビームＢの軌道に回帰直線を当てはめた結果とを、走査電圧値Ｅｄｅｆの調整前後について示す。
図１５の左図によれば、イオンビームＢの軌道と、イオンビームＢの軌道に回帰直線を当てはめた結果とは、像面で交わることが分かる。つまり、イオンビームＢの軌道は直線で近似でき、レンズ作用の関与がないと考えられるため、主面を通過すると見なすことができる。
図１５の右図は、図１５の左図において、走査電圧値Ｅｄｅｆの調整前後について、主面を比較した結果を示す。走査電圧値Ｅｄｅｆの調整前はＺ＝－２６．４［ｍｍ］となるのに対し、走査電圧値Ｅｄｅｆの調整後はＺ＝－２３．７［ｍｍ］となる。つまり、ブースター電圧値５［ｋＶ］を印加することによって、ブースター電圧Ｖｂを印加しない場合と比較して、主面が２．７［ｍｍ］程度ずれることが分かる。以上から、ブースター電圧Ｖｂを変更すると主面がずれるため、第１走査電圧値ＥｄｅｆＵと第２走査電圧値ＥｄｅＵとの比、第１走査電圧値ＥｄｅｆＵと、第２走査電圧値ＥｄｅｆＬとの大きさの調整が必要であることが分かる。
図１５の右図は、図１５の左図において、イオンビームＢの軌道に回帰直線を当てはめた結果が、Ｚ＝０［ｍｍ］となる部分の拡大図を示す。図１５の右図によれば、走査電圧値Ｅｄｅｆの調整後は、Ｘ＝０．５ｍｍで、Ｚ＝０［ｍｍ］となることが分かる。
以上から、図１２に示される走査電圧情報９２ａが導出される。

次に、荷電粒子ビーム装置の動作について、ビームブースター電圧値Ｅｂと、第１電圧値ＥｄｅｆＵと、第２電圧値ＥｄｅｆＬとを設定する処理について説明する。
図１６は、第１実施形態の変形例１に係る荷電粒子ビーム装置の動作の一例を示すフローチャートである。
（ステップＳ１１）
荷電粒子ビーム装置Ｄ１において、処理部９０ａは、ＰＣ１７から加速電圧値Ｅａｃｃを取得する。
（ステップＳ１２）
荷電粒子ビーム装置Ｄ１において、処理部９０ａは、記憶部９１ａから、ビームブースター電圧情報９３ａを読み出す。処理部９０ａは、読み出したビームブースター電圧情報９３ａから、取得した加速電圧値Ｅａｃｃに関連付けられているビームブースター電圧値Ｅｂを取得する。
（ステップＳ１３）
荷電粒子ビーム装置Ｄ１において、処理部９０ａは、記憶部９１ａから、走査電圧情報９２ａを読み出す。処理部９０ａは、読み出した走査電圧情報９２ａから、加速電圧値Ｅａｃｃと、取得したビームブースター電圧値Ｅｂとの組み合わせに関連付けられている第１電圧値と第２電圧値との比と、第１電圧値とを取得する。
（ステップＳ１４）
荷電粒子ビーム装置Ｄ１において、処理部９０ａは、取得した第１電圧値と第２電圧値との比と、第１電圧値とに基づいて、第２電圧値を導出する。
（ステップＳ１５）
荷電粒子ビール装置Ｄ１において、処理部９０ａは、第１電圧値と、導出した第２電圧値とを、ＭＣＵ６０に設定する。ここで注意すべきは第１電圧値と第２電圧値の極性を反転させることが必要であることである。
また、第１電圧値は試料上で特定の走査幅を与える値であり、例えば０．５ｍｍ走査する場合の値である。また第１電圧値および第２電圧値の極性を反転させると反対方向へ走査する。
（ステップＳ１５）で第１電圧値と第２電圧値とをＭＣＵ６０に設定した後は、第１電圧値と第２電圧値との比に基づいて、第１電圧値と第２電圧値を変更することで任意の走査範囲に変更することが可能である。１電圧値と第２電圧値との比に基づいて、第１電圧値と第２電圧値を変更するため、歪の無い正確な走査像を得ることができる。

本実施形態の変形例１に係る荷電粒子ビーム装置Ｄ１によれば、荷電粒子を発生する荷電粒子源（実施形態では、イオンエミッタＥ）と、前記荷電粒子源に加速電圧を印加し、荷電粒子を引き出す引出電極に引出電圧を印加することによって放出される荷電粒子に、
前記荷電粒子を偏向するための電場を発生させる複数の走査電極と、複数の走査電極と試料台との間に配置され、走査電圧により走査された荷電粒子ビームを集束する静電レンズ（実施形態では、対物レンズ）と、測定条件（ここでは、加速電圧値Ｅａｃｃとブースター電圧値Ｅｂ）を取得し、取得した測定条件と、静電レンズの主面の位置を特定する情報とに基づいて、複数の走査電圧の各々を設定する処理部とを備える。
このように構成することによって、対物レンズＯＬなどの静電レンズと、静電レンズの前段に設置した２段の走査電極とを備える荷電粒子ビーム装置において、対物レンズを構成するブースター電極の印加電圧の変更をした場合、変更前と同等の歪のない正確な寸法の試料表面の走査像を得ることができる。また、測定条件（ここでは、ブースター電圧値Ｅｂ）が変更され、静電レンズの主面の位置が変更された場合であっても、変更された測定条件に基づいて、複数の走査電圧の各々を設定できるため、イオンビームＢの軌道を変更できる。このため、走査したビームが受けるレンズ作用を低減できる。

（第１実施形態の変形例２）
第１実施形態の変形例２に係る荷電粒子ビーム装置の構成は、図５を適用できる。第１実施形態の変形例２に係る荷電粒子ビーム装置は、第１実施形態に係る荷電粒子ビーム装置Ｄと比較して、イオンビームＢに、ビームブースター電圧Ｖｂが印加される点で異なる。つまり、図５を参照して説明した荷電粒子ビーム装置の構成において、ビームブースター４ｂに含まれるアライメント電極４１と、非点補正電極４２と、ブランキング電極４３とは省略されない。また、ビームブースター制御部６に含まれるアライメント電源６１と、非点補正電源６２と、ブランキング電源６３とは省略されない。ビームブースター電源部７は省略されない。第１実施形態の変形例２に係る荷電粒子ビーム装置は、制御部９の代わりに、制御部９ｂを備える。

制御部９ｂの構成の詳細について説明する。
図１７は、本実施形態の変形例２に係る荷電粒子ビーム装置における制御部９ｂの構成の一例を示す図である。制御部９ｂは、処理部９０ｂと、記憶部９１ｂとを備える。記憶部９１ｂには、走査電圧情報９２ｂと、ビームブースター電圧情報９３ｂとが記憶される。
処理部９０ｂは、ＰＣ１７から供給される加速電圧値Ｅａｃｃと、記憶部９１ａから読み出すビームブースター電圧情報９３ｂとに基づいて、ビームブースター電圧Ｖｂの値であるビームブースター電圧値Ｅｂを導出する。処理部９０ｂは、算出したビームブースター電圧値Ｅｂをビームブースター電源部７に供給する。
処理部９０ｂは、ＰＣ１７から供給される加速電圧値Ｅａｃｃと、動作モードを示す情報と、導出したビームブースター電圧値Ｅｂとに基づいて、第１電圧ＶｄｅｆＵの値である第１電圧値ＥｄｅｆＵと、第２電圧ｄｅｆＬの値である第２電圧値ＥｄｅｆＬとを導出する。処理部９０ｂは、導出した第１電圧値ＥｄｅｆＵと、第２電圧値ＥｄｅｆＬとを、ＭＣＵ６０へ出力する。

走査電圧情報９２ｂは、加速電圧値Ｅａｃｃと、動作モードを示す情報と、ビームブースター電圧値Ｅｂと、第１電圧値ＥｄｅｆＵと第２電圧値ＥｄｅｆＬとの比を示す情報と、第１電圧値ＥｄｅｆＵとを関連付けたテーブル形式の情報である。
走査電圧情報９２ｂの一例は走査電圧情報９２ａを適用でき、ビームブースター電圧情報９３ｂはビームブースター電圧情報９３ａを適用できる。

次に、荷電粒子ビーム装置の動作について、ビームブースター電圧値Ｅｂと、第１電圧値ＥｄｅｆＵと、第２電圧値ＥｄｅｆＬとを設定する処理について説明する。
図１８は、第１実施形態の変形例２に係る荷電粒子ビーム装置の動作の一例を示すフローチャートである。
（ステップＳ２１）
荷電粒子ビーム装置Ｄ１において、処理部９０ｂは、ＰＣ１７から加速電圧値Ｅａｃｃと、動作モードを示す情報とを取得する。
（ステップＳ２２）
荷電粒子ビーム装置Ｄ１において、処理部９０ｂは、記憶部９１ｂから、ビームブースター電圧情報９３ｂを読み出す。処理部９０ｂは、読み出したビームブースター電圧情報９３ｂから、取得した加速電圧値Ｅａｃｃに関連付けられているビームブースター電圧値Ｅｂを取得する。
（ステップＳ２３）
荷電粒子ビーム装置Ｄ１において、処理部９０ｂは、記憶部９１ｂから、走査電圧情報９２ｂを読み出す。処理部９０ｂは、読み出した走査電圧情報９２ｂから、加速電圧値Ｅａｃｃと、動作モードを示す情報と、取得したビームブースター電圧値Ｅｂとの組み合わせに関連付けられている第１電圧値と第２電圧値との比と、第１電圧値とを取得する。
（ステップＳ２４）
荷電粒子ビーム装置Ｄ１において、処理部９０ｂは、取得した第１電圧値と第２電圧値との比と、第１電圧値とに基づいて、第２電圧値を導出する。
（ステップＳ２５）
荷電粒子ビール装置Ｄ１において、処理部９０ｂは、第１電圧値と、導出した第２電圧値とを、ＭＣＵ６０に設定する。ここで注意すべきは第１電圧値と第２電圧値の極性を反転させることが必要であることである。
また、第１電圧値は試料上で特定の走査幅を与える値であり、例えば０．５ｍｍ走査する場合の値である。また第１電圧値および第２電圧値の極性を反転させると反対方向へ走査する。
（ステップＳ２５）で第１電圧値と第２電圧値とをＭＣＵ６０に設定した後は、第１電圧値と第２電圧値との比に基づいて、第１電圧値と第２電圧値を変更することで任意の走査範囲に変更することが可能である。１電圧値と第２電圧値との比に基づいて、第１電圧値と第２電圧値を変更するため、歪の無い正確な走査像を得ることができる。

本実施形態の変形例２に係る荷電粒子ビーム装置Ｄ１によれば、荷電粒子を発生する荷電粒子源（実施形態では、イオンエミッタＥ）と、前記荷電粒子源に加速電圧を印加し、荷電粒子を引き出す引出電極に引出電圧を印加することによって放出される荷電粒子に、前記荷電粒子を偏向するための電場を発生させる複数の走査電極と、複数の走査電極と試料台との間に配置され、走査電圧により走査された荷電粒子ビームを集束する静電レンズ（実施形態では、対物レンズ）と、測定条件（ここでは、加速電圧値Ｅａｃｃとブースター電圧値Ｅｂと動作モードを示す情報）を取得し、取得した測定条件と、静電レンズの主面の位置を特定する情報とに基づいて、複数の走査電圧の各々を設定する処理部とを備える。
このように構成することによって、対物レンズＯＬなどの静電レンズと、静電レンズの前段に設置した２段の走査電極とを備える荷電粒子ビーム装置において、対物レンズの加速モードと減速モードとの切り替えまたは対物レンズを構成するブースター電極の印加電圧の変更をした場合、切り替えまたは変更前と同等の歪のない正確な寸法の試料表面の走査像を得ることができる。また、測定条件（ここでは、加速電圧値Ｅａｃｃとブースター電圧値Ｅｂと動作モードを示す情報）が変更され、静電レンズの主面の位置が変更された場合であっても、変更された測定条件に基づいて、複数の走査電圧の各々を設定できるため、イオンビームＢの軌道を変更できる。このため、走査したビームが受けるレンズ作用を低減できる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態に係る複合荷電粒子ビーム装置Ｄは、図５を参照して説明した荷電粒子ビーム装置Ｄ１に、電子ビーム鏡筒などの走査型電子顕微鏡Ｄ２（図示なし）を備える。ただし、ビームブースター４ｂに含まれるアライメント電極４１と、非点補正電極４２と、ブランキング電極４３とは省略されない。また、ビームブースター制御部６に含まれるアライメント電源６１と、非点補正電源６２と、ブランキング電源６３とは省略されない。ビームブースター電源部７は省略されない。
走査型電子顕微鏡Ｄ２は、電子ビームを試料ＳＰ１に照射し、試料ＳＰ１から放出される二次電子や反射電子を検出することによって試料ＳＰ１の表面や断面を観察する。
第２の実施形態に係る複合荷電粒子ビーム装置Ｄは、電子ビームと集束イオンビームとを、試料上の同一点に照射する。電子ビームと集束イオンビームとを、試料上の同一点に照射するには、電子ビームの焦点と集束イオンビームの焦点とが試料上の同一点（照射点）に合うことが要求される。電子ビームと集束イオンビームとが照射される試料上の同一点をコインシデンスポイント（ＣｏｉｎｃｉｄｅｎｃｅＰｏｉｎｔ：ＣＰ）という。
第２の実施形態に係る複合荷電粒子ビーム装置は、制御部９の代わりに、制御部９ｃを備える。

制御部９ｃの構成の詳細について説明する。
図１９は、第２の実施形態に係る複合荷電粒子ビーム装置における制御部９ｃの構成の一例を示す図である。制御部９ｃは、処理部９０ｃと、記憶部９１ｃとを備える。記憶部９１ｃには、走査電圧情報９２ｃと、ビームブースター電圧情報９３ｃとが記憶される。
処理部９０ｃは、ＰＣ１７から供給される加速電圧値Ｅａｃｃと、記憶部９１ａから読み出すビームブースター電圧情報９３ｃとに基づいて、ビームブースター電圧Ｖｂの値であるビームブースター電圧値Ｅｂを導出する。処理部９０ｃは、算出したビームブースター電圧値Ｅｂをビームブースター電源部７に供給する。
処理部９０ｃは、ＰＣ１７から供給される加速電圧値Ｅａｃｃと、導出したビームブースター電圧値Ｅｂとに基づいて、第１電圧ＶｄｅｆＵの値である第１電圧値ＥｄｅｆＵと、第２電圧ＶｄｅｆＬの値である第２電圧値ＥｄｅｆＬとを導出する。処理部９０ｃは、導出した第１電圧値ＥｄｅｆＵと、第２電圧値ＥｄｅｆＬとを、ＭＣＵ６０へ出力する。

走査電圧情報９２ｃは、加速電圧値Ｅａｃｃと、ビームブースター電圧値Ｅｂと、第１電圧値ＥｄｅｆＵと第２電圧値ＥｄｅｆＬとの比を示す情報と、第１電圧値ＥｄｅｆＵとを関連付けたテーブル形式の情報である。
走査電圧情報９２ｃの一例は、図１２を参照して説明した走査電圧情報９２ａを適用できる。
ビームブースター電圧情報９３ｃは、加速電圧値Ｅａｃｃと、所望の焦点距離に応じて予め算出されたビームブースター電圧設定値ＴＥｂとを関連付けたテーブル形式の情報である。ビームブースター電圧設定値ＴＥｂは、加速電圧値Ｅａｃｃを印加した場合において、電子ビームと集束イオンビームとが、試料上の同一点すなわちＣＰに合焦可能な電圧値である。複合荷電粒子ビーム装置Ｄでは、ビームブースター電圧情報９３ｃに基づいて、ビームブースター電圧設定値ＴＥｂが設定されることによって、イオンビームＢと、電子ビームとが試料ＳＰ１上の同一の点に照射される。
合焦可能なビームブースター電圧Ｖｂの範囲については、図１３に示したので、ここでの説明は省略する。
第２の実施形態に係る複合荷電粒子ビーム装置Ｄによれば、加速電圧値Ｅａｃｃと、対物レンズが集束させた荷電粒子ビームの焦点距離と、電子ビームを照射する電子ビーム照射部が照射する電子ビームの焦点距離とに基づいて、ビームブースター電圧値Ｅｂを導出できるため、荷電粒子ビームを、ＣＰに合焦できる。つまり、荷電粒子ビーム（イオンビームＢ）に印加する加速電圧に応じて、集束イオンビームをＣＰに合焦可能なブースター管４ａのビームブースター電圧Ｖｂの値（ビームブースター電圧値Ｅｂ）を設定できる。

上述した実施形態における荷電粒子ビーム装置Ｄ１、複合荷電粒子ビーム装置Ｄとの一部、例えば、制御部９（９、９ａ、９ｂ、９ｃ）をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この制御機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、荷電粒子ビーム装置Ｄ１、複合荷電粒子ビーム装置Ｄに内蔵されたコンピュータシステムであって、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。
また、上述した実施形態における制御部９の一部、または全部を、ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ
ＳｃａｌｅＩｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）等の集積回路として実現してもよい。制御部９の各機能ブロックは個別にプロセッサ化してもよいし、一部、または全部を集積してプロセッサ化してもよい。また、集積回路化の手法はＬＳＩに限らず専用回路、または汎用プロセッサで実現してもよい。また、半導体技術の進歩によりＬＳＩに代替する集積回路化の技術が出現した場合、当該技術による集積回路を用いてもよい。

以上、図面を参照してこの発明の一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。

Ｄ…複合荷電粒子ビーム装置、Ｄ１…荷電粒子ビーム装置、Ｄ２…走査型電子顕微鏡、１…イオン源制御部、１０…加速電源、３…コンデンサレンズ中央電極、４ｂ…ビームブースター、５…対物レンズ中央電極、９、９ａ、９ｂ、９ｃ…制御部、９０、９０ａ、９０ｂ、９０ｃ…処理部、９１、９１ａ、９１ｂ、９１ｃ…記憶部、９２、９２ａ、９２ｂ、９２ｃ…走査電圧情報、９３、９３ａ、９３ｂ、９３ｃ…ビームブースター電圧情報、４１…アライメント電極、４２…非点補正電極、４３…ブランキング電極、４４…第１走査電極、４５…第２走査電極、６０…ＭＣＵ

Claims

荷電粒子を発生する荷電粒子源と、
前記荷電粒子源に加速電圧を印加し、荷電粒子を引き出す引出電極に引出電圧を印加することによって放出される荷電粒子に、前記荷電粒子を偏向し歪のない正確な寸法の試料表面の走査像を得るための電場を発生させる複数の走査電極と、
複数の前記走査電極と試料台との間に配置され、前記走査電極により偏向された荷電粒子ビームを集束する静電レンズと、
測定条件を取得し、取得した測定条件に基づいて、複数の前記走査電極に印加する走査電圧の各々を設定する処理部と
を備え、
前記処理部は、複数の測定条件と、複数の前記測定条件の各々について複数の前記走査電極の各々が印加する走査電圧を特定する情報とを関連付けた走査電圧情報から、前記測定条件に該当する走査電圧を特定する情報を複数取得し、取得した複数の走査電圧を特定する前記情報に基づいて、複数の前記走査電圧の各々を設定し、
前記走査電圧情報に含まれる複数の前記走査電極の各々が印加する複数の走査電圧は、複数の前記測定条件ごとに所定の比を有する、荷電粒子ビーム装置。
複数の前記走査電極は、
前記荷電粒子ビームに、第１走査電圧を印加する第１走査電極と、
前記第１走査電極と前記試料台の間に配置され、前記荷電粒子ビームに、第２走査電圧を印加する第２走査電極と
を含む、請求項１に記載の荷電粒子ビーム装置。
前記測定条件は、加速電圧を特定する情報と、動作モードを特定する情報とが含まれる、請求項１又は請求項２に記載の荷電粒子ビーム装置。
前記荷電粒子源と前記試料台との間に配置され、前記荷電粒子ビームにビームブースター電圧を印加するビームブースター電圧印加部
を備え、
前記測定条件は、加速電圧を特定する情報と、前記ビームブースター電圧を特定する情報とが含まれる、請求項１又は請求項２に記載の荷電粒子ビーム装置。
前記処理部は、測定条件と、前記ビームブースター電圧印加部が印加するビームブースター電圧を特定する情報とを関連付けたビームブースター電圧情報から、取得した前記測定条件に該当するビームブースター電圧を特定する情報を取得し、取得したビームブースター電圧情報を特定する前記情報に基づいて、前記ビームブースター電圧情報を設定する、請求項４に記載の荷電粒子ビーム装置。
請求項４に記載の荷電粒子ビーム装置にさらに電子ビーム鏡筒を搭載した複合荷電粒子ビーム装置であって、
前記処理部は、前記加速電圧と、前記静電レンズが集束させた前記荷電粒子ビームの焦点距離と、電子ビームを照射する電子ビーム照射部が照射する電子ビームの照射点とに基づいて、前記ビームブースター電圧を設定する、複合荷電粒子ビーム装置。
前記静電レンズが集束した前記荷電粒子ビームの焦点と、前記電子ビームの照射点とは一致する
請求項６に記載の複合荷電粒子ビーム装置。
前記処理部は、測定条件と、前記ビームブースター電圧印加部が印加するビームブースター電圧を特定する情報とを関連付けたビームブースター電圧情報から、取得した前記測定条件に該当するビームブースター電圧を特定する情報を取得し、取得したビームブースター電圧情報を特定する前記情報に基づいて、前記ビームブースター電圧情報を設定する、請求項６又は請求項７に記載の複合荷電粒子ビーム装置。
荷電粒子源が、前記荷電粒子源に加速電圧を印加し、荷電粒子を引き出す引出電極に引出電圧を印加することによって荷電粒子を放出するステップと、
前記荷電粒子を偏向し歪のない正確な寸法の試料表面の走査像を得るための電場を発生させる複数の走査電極に印加する複数の走査電圧の各々を、測定条件を取得し、取得した測定条件と、に基づいて設定するステップと、
設定した複数の前記走査電圧の各々に基づいて前記複数の走査電極に走査電圧を印加するステップと、
複数の前記走査電極と試料台との間に配置された静電レンズが、前記走査電圧により偏向された前記荷電粒子を集束するステップと
を有し、
前記設定するステップでは、複数の測定条件と、複数の前記測定条件の各々について複数の前記走査電極の各々が印加する走査電圧を特定する情報とを関連付けた走査電圧情報から、前記測定条件に該当する走査電圧を特定する情報を複数取得し、取得した複数の走査電圧を特定する前記情報に基づいて、複数の前記走査電圧の各々を設定し、
前記走査電圧情報に含まれる複数の前記走査電極の各々が印加する複数の走査電圧は、複数の前記測定条件ごとに所定の比を有する、荷電粒子ビーム装置の制御方法。